JP2007284767A - Porous metal material and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は多孔質金属材料とその製造方法に関し、特に母材中に犠牲材を混合し、押圧することによる多孔質金属材料とその製造方法に関する。 The present invention relates to a porous metal material and a method for producing the same, and more particularly to a porous metal material and a method for producing the same by mixing and pressing a sacrificial material in a base material.
近年の科学技術、産業の高度化の下で、多孔質金属材料は通常の無垢材（バルク材）、例えば板材、線材等では得られない様々な性質を有しているため、注目を集めている。
例えば、自動車等の輸送機器産業においては、更なる燃費の向上のために、高比強度（強度／密度）材料の開発が精力的に行われているが、その手段として現在用いられている金属材料の高強度化、具体的には加工硬化、結晶粒の微細化、析出硬化等、あるいは金属材料の軽量化としてのマグネシウム合金等の低密度材料の使用等には一定の限界がある。このため、更なる軽量化の手段として、金属材料の多孔質化が検討されている。
With the recent advancement of science and technology and industry, porous metal materials are attracting attention because they have various properties that cannot be obtained with ordinary solid materials (bulk materials) such as plates and wires. Yes.
For example, in the transportation equipment industry such as automobiles, materials for high specific strength (strength / density) have been vigorously developed in order to further improve fuel efficiency. There is a certain limit to the use of a low-density material such as a magnesium alloy for increasing the strength of a material, specifically, work hardening, crystal grain refinement, precipitation hardening, or weight reduction of a metal material. For this reason, making the metal material porous has been studied as a means for further weight reduction.
また、金属製多孔質材料は吸振性があり、さらにゴム等の有機材料に比較して強度と耐熱性に優れているため、高温環境下で荷重がかかるエンジンの敷板への使用等が検討されている。
また、吸音性があるため、ゴルフパター等のスポーツ用器具にも使用され出している。
また、折れた骨の接合具、歯根等の生体内へ埋め込む器具に使用した場合には、骨細胞が付着し、成育し易いため、生体内へ埋め込む医療用器具の材料としても注目を集めている。
また、空孔率等によっては表面積が無垢材の数百倍にもなり、極めて放熱性に優れるため、高熱機器のヒートシンク（一種のクーラ）への適用も検討されている。
また、同じく内部の孔（空孔）の表面に触媒層を付着、形成して、優れた反応促進用器具として使用することも検討されている。
In addition, metallic porous materials are vibration-absorbing and are superior in strength and heat resistance compared to organic materials such as rubber. ing.
In addition, because of its sound absorption, it is also used in sports equipment such as golf putters.
In addition, when used in a device to be implanted in a living body such as a broken bone joint or a tooth root, since bone cells adhere and grow easily, it has attracted attention as a material for a medical device to be implanted in the living body. Yes.
In addition, depending on the porosity and the like, the surface area is several hundred times as large as that of a solid material, and is extremely excellent in heat dissipation. Therefore, application to a heat sink (a kind of cooler) of a high heat apparatus is also being studied.
Similarly, it has been studied to attach and form a catalyst layer on the surface of internal holes (holes) and use it as an excellent reaction promoting device.
これらの優れた性質、用途が考えられるため、目下多孔質金属材料の開発、特に既存の金属材料の多孔質化について、以下の様な方法が提案され、開発され、実用化されつつある（非特許文献１、同２、同３）。
（１）溶融金属中に窒素等の不活性ガスを注入したり、チタン水素化物等の発泡剤を混入したりして攪拌等しつつ凝固させる。
（２）鋳型にＮａＣｌ等の小球を充填し、その間に溶融金属を充たし、凝固させ、小球の材料は水で溶かす等して除去する。
（３）金属粉末を発泡剤と混合し、熱処理により発泡させ、固化させる。
（４）多孔質樹脂の上に金属をめっきしたりコーティングしたりした後、樹脂を焼却により除去する。
（５）スパッタリングで堆積した金属薄膜を加熱し、薄膜から放出されるガスを利用する。
（６）溶融金属が凝固する際に放出される過飽和ガスを利用する。
(1) An inert gas such as nitrogen is injected into the molten metal or a foaming agent such as titanium hydride is mixed to solidify while stirring.
(2) Fill the mold with small spheres such as NaCl, fill with molten metal between them, solidify, and remove the material of the small spheres by dissolving with water or the like.
(3) The metal powder is mixed with a foaming agent, foamed by heat treatment, and solidified.
(4) After plating or coating a metal on the porous resin, the resin is removed by incineration.
(5) A metal thin film deposited by sputtering is heated and a gas released from the thin film is used.
(6) Utilizing a supersaturated gas released when the molten metal solidifies.
しかしながら、前記の方法はいずれも多孔質金属材料を形成する金属材料（いわゆるマトリックスとなる金属材料。以下、「母材」と記す）を溶融（溶解）あるいは焼結という再結晶点温度（絶対温度で、融点の０．５）以上の高温に加熱する工程を採用しているため、母材は軟化状態となり、強度が低下する。また、相変態や時効析出といった従来の熱処理を伴う材料学的な強化手段と組合せることは困難である。このため、達成できる比強度には限界がある。
また、高融点金属材料の場合には特にそうであるが、製造に要するエネルギーコストが高くなる。
However, in any of the above methods, a recrystallization point temperature (absolute temperature) of melting (dissolving) or sintering a metal material forming a porous metal material (a so-called matrix metal material; hereinafter referred to as “base material”). Thus, since the process of heating to a high temperature of 0.5) or higher of the melting point is employed, the base material becomes softened and the strength is lowered. In addition, it is difficult to combine with material strengthening means accompanied by conventional heat treatment such as phase transformation and aging precipitation. For this reason, there is a limit to the specific strength that can be achieved.
In addition, especially in the case of a refractory metal material, the energy cost required for production increases.
また、長尺材の製造は原理的に困難である。
また、孔の形状、寸法、配列の調節が困難である。
また、各製造方法には、空孔率の制限がある。
また、比表面積を増加させることにも限界がある。
また、これらの限界、困難性、制限等のため、前記の各用途へ用いる際に、一定の限界が生じる。
In addition, it is difficult in principle to produce long materials.
In addition, it is difficult to adjust the shape, size, and arrangement of the holes.
In addition, each manufacturing method has a porosity limitation.
There is also a limit to increasing the specific surface area.
In addition, due to these limitations, difficulties, limitations, etc., there are certain limitations when used in each of the above applications.
これらのため、製造に際して母材を再結晶温度まで加熱することが不必要であり、特に溶融させ、焼結させる様な高温、加熱工程が不必要であり、この結果比強度が高く、製造時のエネルギーコストが低い多孔質金属材料やかかる多孔質金属材料を製造する技術の開発が望まれていた。
また、長尺であったり、孔の形状、寸法、配列が調節されていたり、あるいは従来にない空孔率や比表面積を有していたりする多孔質金属材料やかかる多孔質金属材料を製造する技術の開発が望まれていた。
For these reasons, it is not necessary to heat the base material to the recrystallization temperature during production, and in particular, no high temperature and heating process is required to melt and sinter, resulting in high specific strength. Development of a porous metal material having a low energy cost and a technique for producing such a porous metal material has been desired.
Also, a porous metal material that is long, has a hole shape, size, or arrangement adjusted, or has an unprecedented porosity or specific surface area, or such a porous metal material is manufactured. Technology development was desired.
本発明は、以上の課題を解決することを目的としてなされたものであり、所望の母材の小片と犠牲材（後の工程で除去する材料）の小片を、押圧を含む加工後に、化学的方法や溶融等により犠牲材を除去して多孔質金属材料を製造する様にした発明である。また、母材の小片と犠牲材の小片等に工夫を凝らして、孔（空孔）の形状、寸法、配列等を制御する様にしたものである。以下、各請求項の発明を説明する。 The present invention has been made for the purpose of solving the above-described problems, and a desired piece of base material and a piece of sacrificial material (material to be removed in a later step) are chemically processed after processing including pressing. It is an invention in which a sacrificial material is removed by a method or melting to produce a porous metal material. In addition, the small pieces of the base material and the small pieces of the sacrificial material are devised to control the shape, size, arrangement, etc. of the holes (holes). Hereinafter, the invention of each claim will be described.
請求項１に記載の発明は、
母材の小片と、犠牲材の小片を混合する混合ステップと、
前記混合ステップで得られた混合材に押圧力を加えて加工し、併せて押圧力で母材の小片を接合により一体化させる押圧加工ステップと、
前記押圧加工ステップにて母材が接合により一体化した混合材から前記犠牲材を除去する除去ステップを、
有していることを特徴とする多孔質金属材料の製造方法である。
The invention described in claim 1
A mixing step of mixing the base material pieces and the sacrificial material pieces;
A pressing process step of applying a pressing force to the mixed material obtained in the mixing step and combining the small pieces of the base material by bonding with the pressing force, and
A removal step of removing the sacrificial material from the mixed material in which the base material is integrated by bonding in the pressing process step,
It is the manufacturing method of the porous metal material characterized by having.
本請求項の発明においては、母材の小片に押圧力を加えることにより母材の小片を接合（固体表面の圧着による接合、一種の固相接合）により一体化させ、その後犠牲材を除去するという従来になかった方法で多孔質金属材料を製造するため、母材は高温に加熱されず、軟化による強度低下が生ぜず、相変態や時効析出といった従来の熱処理を伴う材料学的な強化手段と組合せることも可能であり、高い比強度の多孔質金属材料が得られる。
さらに、以下に示す各種の優れた性質も得られる。
In the present invention, by applying a pressing force to the small piece of the base material, the small piece of the base material is integrated by joining (joining by pressing the solid surface, a kind of solid phase joining), and then the sacrificial material is removed. In order to produce a porous metal material by a method that has not existed before, the base material is not heated to a high temperature, strength does not decrease due to softening, and material strengthening means with conventional heat treatment such as phase transformation and aging precipitation And a porous metal material having a high specific strength can be obtained.
Furthermore, various excellent properties shown below can also be obtained.
また、特に、高融点金属の場合にそうであるが、母材を溶融させたり焼結したりするために加熱する必要がないため、エネルギーコストが良好となり、製品価格も低下する。
また、犠牲材は固体であるため、液体と異なり、押圧加工時に母材相互の接触面に入り込んで母材の表面が相互に接合することを阻害することがないため、母材相互の接合も強固となる。
また、「犠牲材」とは最終的に除去される、そして多孔質金属材料の孔の部分にあった材料である。
In particular, as in the case of a refractory metal, since it is not necessary to heat the base material to melt or sinter, the energy cost is improved and the product price is reduced.
In addition, since the sacrificial material is solid, unlike the liquid, it does not enter the contact surface between the base materials during pressing and does not hinder the surfaces of the base materials from being joined together. Become strong.
In addition, the “sacrificial material” is a material that is finally removed and is located in the pore portion of the porous metal material.
また、犠牲材における「小片」は、最終的に除去する等の製造作業の容易さや製品の品質の面からは、線材の様に連続している方が好ましいが、空孔率（犠牲材の体積率）の如何や、除去する際の各種条件にも依る（例えば、吸振用の敷板として使用するため薄く切除する場合には、この段階で犠牲材を除去すればよい）が、最終製品の段階で多孔質材料に残っている犠牲材により大きな不都合が生じることがない程度に除去可能であれば、切削片や粒体等をも含む。 In addition, the “small pieces” in the sacrificial material are preferably continuous like a wire from the viewpoint of ease of manufacturing operations such as final removal and product quality, but the porosity (sacrificial material) Depending on the volume ratio) and the various conditions for removal (for example, if it is cut thinly because it is used as a flooring plate for vibration absorption, the sacrificial material may be removed at this stage). If it can be removed to the extent that no major inconvenience is caused by the sacrificial material remaining in the porous material at the stage, cutting pieces, granules and the like are also included.
また、「混合する」とは、純粋な混合に限定されず、所定の形状、寸法の母材と犠牲材を一定の規則で配列することを含む。またこれにより、空孔率を調整したり、孔の形状、寸法を調節したり、孔の局在化を防止したり、所定の配列としたりすることが可能となる。さらに、両端をほぼ閉じた母材の容器中に、母材の小片と犠牲材を閉じ込める場合をも含む。
また、「押圧力を加える」とは、鍛造、押出し等の機械加工時に加わる押圧に限定されず、シリンダー状容器に入れた後ピストンで押圧する様な純粋な押圧、爆発による衝撃圧を加える場合等も含む。
Further, “mixing” is not limited to pure mixing, but includes arranging a base material and a sacrificial material having a predetermined shape and size according to a certain rule. This also makes it possible to adjust the porosity, adjust the shape and size of the holes, prevent the localization of the holes, and make a predetermined arrangement. Furthermore, the case where the small piece of the base material and the sacrificial material are confined in the container of the base material whose both ends are substantially closed is included.
“Applying pressing force” is not limited to pressing applied during machining such as forging or extrusion, but when applying pure pressure such as pressing with a piston after being put into a cylindrical container, or impact pressure due to explosion Etc. are also included.
また、「押圧」とは、母材の小片相互が実用上差支えない程度に接合して一体化する（各小片相互が実用上差支えない程度に強固に固相接合する）なら、プレス、鍛造等の手段を問わない。さらに、犠牲材を除去した後に、多孔質化した母材をそのままで、あるいはかかる母材を再度押圧して、接合による一体化を強化することも含まれる。
また、「除去」とは、犠牲材が切削片である様な場合や空孔率が多いときには特にそうであるが、１００％の完全除去ではなく、例えば１０％等少量の犠牲材が接合により一体化された母材中に取残されているときや、母材の組織中に犠牲材の粒が微量ではあるが、多数残っているときをも含む。なお、許容限度は、多孔質金属材料の用途により、個々に定まる。
In addition, “pressing” means pressing, forging, etc., if the small pieces of the base material are joined and integrated to such an extent that they do not interfere with each other (the individual solid pieces are solidly bonded to such an extent that they do not interfere with each other). Regardless of the means. Furthermore, after the sacrificial material is removed, the integration by bonding is strengthened by leaving the porous base material as it is or by pressing the base material again.
“Removal” is particularly true when the sacrificial material is a cut piece or when the porosity is high, but it is not 100% complete removal. This includes the case where it is left in the integrated base material, and the case where a large number of grains of the sacrificial material remain in the structure of the base material. The allowable limit is determined individually depending on the use of the porous metal material.
犠牲材を除去する手段としては、材料の如何あるいは母材と犠牲材の組合せの如何にもよるが、化学反応により溶解させる、母材により定まる温間となる温度以下の温度で溶解させる、ピアノ線のような硬質で長尺の犠牲材を機械的に引抜く、その他ゴムやプラスチックのような柔軟な材料であれば切削、掻き出し等の手段がある。
また、母材として多孔質金属材料を使用し、その孔の内部に犠牲材、さらには母材の小片を入れて押圧加工して、孔の直径を小さくしたり、空孔率を変化させたりすることも本発明に含まれる。
As a means for removing the sacrificial material, although depending on the material or the combination of the base material and the sacrificial material, the piano is dissolved by a chemical reaction, and is dissolved at a temperature equal to or lower than the temperature determined by the base material. There are means such as cutting and scraping as long as the sacrificial material, such as a wire, is mechanically pulled out and a flexible material such as rubber or plastic is used.
In addition, a porous metal material is used as a base material, and a sacrificial material and further a small piece of the base material are put into the hole and pressed to reduce the diameter of the hole or change the porosity. This is also included in the present invention.
以上の他、押圧加工ステップに先立って、母材の小片の表面に接合性が改善される処理を施して接合による一体化より強固となるようにしてもよい。例えば、母材の小片の表面を脱脂したり洗浄したりすること、機械的あるいは化学的方法で酸化膜を除去しておくこと等の母材表面に直接処理を施すこと、あるいは容器や管内に母材と犠牲材の小片を混合して配置した後真空、脱気するようなことをしてもよい。
なお、母材表面に直接処理を施す場合には、母材製の容器や管内に母材と犠牲材を入れた状態で両材料の表面を洗浄するような場合を除いて、混合ステップ前に行っておくのが好ましい。
In addition to the above, prior to the pressing step, the surface of the small piece of the base material may be subjected to a treatment for improving the bonding property so as to be stronger than the integration by bonding. For example, degreasing or cleaning the surface of a small piece of the base material, removing the oxide film by a mechanical or chemical method, or directly processing the surface of the base material, or in a container or tube After mixing and arranging the small pieces of the base material and the sacrificial material, vacuum and deaeration may be performed.
If the surface of the base material is to be treated directly, before the mixing step, unless the surface of both materials is cleaned with the base material and the sacrificial material in the base material container or tube. It is preferable to go.
また、熱交換器や触媒を設置した管等製品の用途によっては、前記混合ステップに先立って、母材や犠牲材の表面を粗くする処理を施してもよい。これにより、多孔質金属材料の孔に凹凸が形成されるので、比表面積が増加する。この際、母材相互の接合による一体化を阻害しないためには、犠牲材の表面のみが粗とされている方が好ましいが、これに限定されるものではない。 Further, depending on the use of a product such as a pipe provided with a heat exchanger or a catalyst, the surface of the base material or the sacrificial material may be roughened prior to the mixing step. Thereby, since unevenness | corrugation is formed in the hole of a porous metal material, a specific surface area increases. At this time, it is preferable that only the surface of the sacrificial material is roughened in order not to hinder the integration due to the joining of the base materials. However, the present invention is not limited to this.
請求項２に記載の発明は、前記の多孔質金属材料の製造方法であって、
前記押圧加工ステップは、母材の再結晶点未満の温度で押圧加工し、また犠牲材を除去するものであることを特徴とする多孔質金属材料の製造方法である。
Invention of Claim 2 is a manufacturing method of the said porous metal material, Comprising:
In the method for producing a porous metal material, the pressing process step includes pressing at a temperature lower than a recrystallization point of the base material and removing the sacrificial material.
本請求項の発明においては、母材はその再結晶点以上の温度に晒されることがないため多孔質金属材料が高比強度となる。また、エネルギーコストの低下も図られる。
ここに、「母材の再結晶点」は、一般的には母材の融点（絶対温度）の凡そ５０％であるが、エネルギーコストの面からは２００℃以下、特に１００℃以下、さらには室温であることが好ましい。
In the present invention, since the base material is not exposed to a temperature above its recrystallization point, the porous metal material has a high specific strength. In addition, the energy cost can be reduced.
Here, the “recrystallization point of the base material” is generally about 50% of the melting point (absolute temperature) of the base material, but from the viewpoint of energy cost, it is 200 ° C. or less, particularly 100 ° C. or less, It is preferable that it is room temperature.
また、本請求項に記載の発明においては、押圧加工ステップ後に母材の小片の接合による一体化を改善するため、一体化された母材を所定の温度に加熱する、即ち拡散焼鈍等を行って、母材の接合による一体化をより強固となるようにしてもよい。
ここに、「所定の温度」とは、母材の種類、融点等により定まるが、凡そ融点（絶対温度）の０．４程度（再結晶点直下）が好ましい。
なお、この処理は、除去ステップの前に行っても良いし、後から行っても良い。
Further, in the invention described in this claim, in order to improve the integration by joining the small pieces of the base material after the pressing step, the integrated base material is heated to a predetermined temperature, that is, diffusion annealing is performed. Thus, the integration by joining the base materials may be made stronger.
Here, the “predetermined temperature” is determined by the type of the base material, the melting point, etc., but is preferably about 0.4 (just below the recrystallization point) of the melting point (absolute temperature).
This process may be performed before the removal step or may be performed later.
請求項３に記載の発明は、前記の多孔質金属材料の製造方法であって、
前記混合ステップに先立って、前記母材の小片に強度改善処理を施すことを特徴とする多孔質金属材料の製造方法である。
Invention of Claim 3 is the manufacturing method of the said porous metal material, Comprising:
Prior to the mixing step, a strength improving process is performed on the small piece of the base material.
本請求項に記載の発明においては、混合ステップに先立って、母材の小片に加工硬化や析出強化等の強度改善処理が施されている（その様な母材を選定することを含む）ため、接合により一体化された母材の強度が一層大きくなる。
なお、強度改善処理は、母材小片を作製するステップ以前に行ってもよい。例えば板材を細断して小片を作製する場合、板材を冷間圧延した後に細断を行えば、加工硬化した母材小片が効率的に得られる。
In the invention described in the present claim, prior to the mixing step, a small piece of the base material is subjected to strength improvement processing such as work hardening or precipitation strengthening (including selecting such a base material). The strength of the base material integrated by joining is further increased.
In addition, you may perform an intensity | strength improvement process before the step which produces a base material piece. For example, when producing a small piece by chopping a plate material, if the plate material is cold-rolled after being cold-rolled, a work-hardened base material piece can be obtained efficiently.
請求項４に記載の発明は、前記の多孔質金属材料の製造方法であって、
前記母材の小片は、長尺片であることを特徴とする多孔質金属材料の製造方法である。
Invention of Claim 4 is the manufacturing method of the said porous metal material, Comprising:
The small piece of the base material is a long piece, and is a method for producing a porous metal material.
本請求項の発明は、母材の小片は、長尺片、即ち線材、管材等の様に例えば０．５ｍ以上連続した材料であるため、押圧に先立って母材と犠牲材の全長にわたる配置、配列等が容易となり、その結果孔の形状や寸法や向きを調節したり、空孔率を調整したり、孔の局在化を防止することが容易となる。なお、孔の形状や寸法や向きを調節するためには、原則として、母材のみならず犠牲材も小片として、予め所定の断面形状、寸法の長尺片を使用することとなる。また、線材の長さに直交する切断面の形状は、円形に限定されない。 In the invention of this claim, since the small piece of the base material is a long piece, that is, a material that is continuous for, for example, 0.5 m or more like a wire, a pipe, etc., it is arranged over the entire length of the base material and the sacrificial material prior to pressing. As a result, it becomes easy to adjust the shape, size and orientation of the holes, adjust the porosity, and prevent localization of the holes. In order to adjust the shape, size and orientation of the hole, in principle, a long piece having a predetermined cross-sectional shape and size is used in advance as a small piece of not only the base material but also the sacrificial material. Moreover, the shape of the cut surface orthogonal to the length of the wire is not limited to a circle.
また、長尺の板、棒、線等が容易に製造可能となるだけでなく、母材の小片が長尺であれば押圧加工ステップ時に予め相互の配列や位置を固定しておくことが容易となるため、所定の形状、寸法、配列に孔を形成することが容易に可能であり、空孔率の調整範囲も広いため、多孔質材料の新しい用途も開拓できる。なおこの場合には、犠牲材の小片も長尺であれば、さらに容易に所定の形状、寸法、配列に孔を形成することが可能となる。
また、押圧加工ステップにおいて、長尺状の材料を対象とした押圧を伴う圧延、引抜き、押出し等の加工そのものが容易になし得ることとなる。
In addition, long plates, bars, wires, etc. can be easily manufactured, and if the base material pieces are long, it is easy to fix the mutual arrangement and position in advance during the pressing step. Therefore, it is possible to easily form holes in a predetermined shape, size, and arrangement, and since the range of adjusting the porosity is wide, new applications of porous materials can be cultivated. In this case, if the small piece of the sacrificial material is also long, holes can be formed in a predetermined shape, size, and arrangement more easily.
Further, in the pressing process step, processing itself such as rolling, drawing, extrusion, and the like with pressing for a long material can be easily performed.
請求項５に記載の発明は、前記の多孔質金属材料の製造方法であって、
前記混合ステップは、前記母材の容器内に母材の小片および前記犠牲材の小片を配置するものであることを特徴とする多孔質金属材料の製造方法である。
Invention of Claim 5 is a manufacturing method of the said porous metal material, Comprising:
The mixing step is a method for producing a porous metal material, wherein a small piece of a base material and a small piece of the sacrificial material are arranged in a container of the base material.
本請求項の発明においては、押圧加工ステップ時には外表面は全て母材からなるため、犠牲材の性質や種類を問わず圧延、鍛造等の押圧加工が可能となり、外表面は母材のみからなるため表面が平滑な多孔質材料が得られ、さらに空孔率の調節も容易となる。
ここに、「母材の容器内」とは、押圧時の混合材の最外周は母材製の容器、例えば管であることを指し、押圧時に最外周の母材製の容器の上部の蓋、あるいは管の両端に蓋をしているか否かを問わない。なお、さらにその内部に母材製のより小型の容器やより小径の管を同重心状あるいは同心円状に幾重にも配置し、各容器等の間に所定の形状の犠牲材と母材の小片を配置しておくことにより、所定の形状の穴が所定の配列で形成された多孔質金属材料、例えば蓮根状の孔が空いた多孔質金属材料が製造可能となる。
In the invention of this claim, since the outer surface is entirely made of a base material at the time of the press working step, press working such as rolling and forging is possible regardless of the nature and type of the sacrificial material, and the outer surface is made only of the base material. Therefore, a porous material having a smooth surface can be obtained, and the porosity can be easily adjusted.
Here, “inside the base material container” means that the outermost periphery of the mixed material at the time of pressing is a base material container, for example, a pipe, and the upper lid of the outermost base material container at the time of pressing. It does not matter whether or not both ends of the tube are covered. In addition, a smaller container made of a base material and smaller diameter pipes are arranged in the same center of gravity or concentric circles, and a sacrificial material having a predetermined shape and a small piece of the base material are placed between the containers. By arranging the above, it becomes possible to manufacture a porous metal material in which holes having a predetermined shape are formed in a predetermined arrangement, for example, a porous metal material having lotus-like holes.
請求項６に記載の発明は、前記の多孔質金属材料の製造方法であって、
前記押圧加工ステップは、鍛造、押出し、圧延、引抜き、スエージングのいずれかであることを特徴とする多孔質金属材料の製造方法である。
Invention of Claim 6 is a manufacturing method of the said porous metal material, Comprising:
The said pressing process step is any one of forging, extrusion, rolling, drawing, and swaging, The manufacturing method of the porous metal material characterized by the above-mentioned.
本請求項の発明においては、通常の加工に用いられる鍛造、押出し、圧延、引抜き、スエージングを行った時の押圧で母材の小片が一体化するため、特別な設備を設けることなく多孔質の板材、管材、棒材、凹型材等が低コストで得られる。
なお、圧延は、母材製の薄板を多数重ね、各薄板間に犠牲材と母材の細長い板材や棒材や線材を交互に配置してなる混合材を圧延して、板状の多孔質材料を製造する際に便利である。
In the invention of this claim, since the small pieces of the base material are integrated by pressing at the time of forging, extrusion, rolling, drawing, and swaging used in normal processing, it is porous without providing special equipment. Plate material, tube material, bar material, concave mold material and the like can be obtained at low cost.
In addition, rolling is performed by rolling a mixed material in which a large number of thin plates made of a base material are stacked, and a sacrificial material and a long and narrow base material of the base material, a bar material, and a wire material are alternately arranged between the thin plates. Convenient when manufacturing materials.
請求項７に記載の発明は、前記の多孔質金属材料の製造方法であって、
前記除去ステップは、前記混合材を所定の物質に晒して化学的反応で除去するものであることを特徴とする多孔質金属材料の製造方法である。
Invention of Claim 7 is a manufacturing method of the said porous metal material,
In the removing step, the mixed material is exposed to a predetermined substance and removed by a chemical reaction.
本請求項の発明では、犠牲材のみを所定の物質に晒して化学的反応で除去するものであるため、具体的には薬剤と化学反応させて溶解除去したり、酸素中や空気中で燃焼させて除去したりするため、一体化された母材に機械的外力、過度の熱等が作用せず、母材の性質に悪影響が生じない。
なお、所定の物質としての薬剤は、母材と犠牲材の化学的性質の他に、取扱い易さや価格を考慮して、適宜選択される。
また、化学的方法で除去された犠牲材は電気化学的方法等で回収可能であり、加熱による融解で除去された犠牲材はほぼそのまま再利用可能であるため、一層低コストで多孔質材料を提供することが出来る。
In the invention of this claim, since only the sacrificial material is exposed to a predetermined substance and removed by a chemical reaction, specifically, it is dissolved and removed by chemical reaction with a chemical, or burned in oxygen or air Therefore, mechanical external force, excessive heat, etc. do not act on the integrated base material, and the properties of the base material are not adversely affected.
In addition, the chemical | medical agent as a predetermined substance is suitably selected in consideration of the ease of handling and the price in addition to the chemical properties of the base material and the sacrificial material.
In addition, the sacrificial material removed by the chemical method can be recovered by an electrochemical method or the like, and the sacrificial material removed by melting by heating can be reused almost as it is. Can be provided.
なお、母材がアルミニウムやマグネシウムあるいは低融点金属の場合には特にそうであるが、犠牲材を有機材料の様に柔軟な材料とし、管や容器からなる母材中にほぼ密閉して（空気抜きの穴は残して）押圧して多孔質金属材料を製造する場合には、押圧後に管の両端を切除し、犠牲材を可能な限り機械的方法で除去する様にしてもよい。このときには、犠牲材の再利用も容易となる。
なお、犠牲材が柔軟な有機材料であれば、予め所定の形状に加工しておき、また混合する母材の小片は文字通り小さな切り屑等とし、これにより場所により直径が異なる等の所定の形状の空孔を有する多孔質金属材料とすることも可能となる。
さらにまた、ケースによっては、機械的方法による除去の後、僅かに残っている犠牲材のみを焼却や化学的溶解で除去するようにしてもよい。
This is especially true when the base material is aluminum, magnesium, or a low-melting-point metal, but the sacrificial material is made of a flexible material such as an organic material, and is almost sealed in the base material consisting of tubes and containers (air venting). When the porous metal material is manufactured by pressing (with the holes remaining), both ends of the tube may be excised after pressing and the sacrificial material may be removed by a mechanical method as much as possible. At this time, it becomes easy to reuse the sacrificial material.
If the sacrificial material is a flexible organic material, the sacrificial material is processed into a predetermined shape in advance, and a small piece of the base material to be mixed is literally a small chip or the like so that the diameter varies depending on the location. It is also possible to make a porous metal material having pores.
Furthermore, depending on the case, after the removal by the mechanical method, only the slightly remaining sacrificial material may be removed by incineration or chemical dissolution.
請求項８に記載の発明は、前記の多孔質金属材料の製造方法であって、
前記犠牲材は、融点が前記母材の融点未満の材料であり、
前記除去ステップは、前記混合材を前記犠牲材の融点まで加熱して犠牲材を溶融させ、除去するものであることを特徴とする多孔質金属材料の製造方法である。
Invention of Claim 8 is a manufacturing method of the said porous metal material, Comprising:
The sacrificial material is a material having a melting point lower than the melting point of the base material,
In the removing step, the mixed material is heated to the melting point of the sacrificial material to melt and remove the sacrificial material.
本請求項の発明では、犠牲材のみを溶融させて除去するため、押圧による接合で一体化された母材に機械的外力が作用しない。
この際、犠牲材の融点が母材の再結晶点未満であれば、再結晶による母材の強度低下が生じないため好ましく、エネルギーコストの増加にも繋がらない。
また、犠牲材の溶出は重力のみにまかせてもよいが、一端からガス圧や液圧を作用させたり、回転による遠心力を作用させたりすれば、容易となる。
In the invention of this claim, since only the sacrificial material is melted and removed, no mechanical external force acts on the base material integrated by joining by pressing.
At this time, if the melting point of the sacrificial material is less than the recrystallization point of the base material, it is preferable because the strength of the base material is not reduced by recrystallization, and the energy cost is not increased.
In addition, the elution of the sacrificial material may be performed only by gravity, but it becomes easy if a gas pressure or a hydraulic pressure is applied from one end, or a centrifugal force by rotation is applied.
請求項９に記載の発明は、前記の多孔質金属材料の製造方法であって、
前記母材は銅、銅合金、鉄鋼材料、チタンまたはチタン合金のいずれかであり、前記犠牲材はアルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウムまたはマグネシウム合金であることを特徴とする多孔質金属材料の製造方法である。
The invention according to claim 9 is a method of manufacturing the porous metal material,
The base material is copper, copper alloy, steel material, titanium or titanium alloy, and the sacrificial material is aluminum, aluminum alloy, magnesium or magnesium alloy. is there.
本請求項の発明においては、押圧後の混合材から両性金属である犠牲材のみを水酸化ナトリウムで溶解除去することが可能であり、さらに母材、犠牲材共に軟らかく、延伸性に富むため、鍛造、圧延、押出し等により長尺の多孔質材料を低コストで製造することが容易となる。なお、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウムおよびマグネシウム合金は、融点が前記の各母材よりも低いため、個々の条件によっては、加熱による溶融で除去しても良い。 In the invention of this claim, it is possible to dissolve and remove only the amphoteric metal sacrificial material with sodium hydroxide from the mixed material after pressing, and since both the base material and the sacrificial material are soft and rich in stretchability, It becomes easy to produce a long porous material at low cost by forging, rolling, extrusion, or the like. Note that aluminum, aluminum alloy, magnesium and magnesium alloy have melting points lower than those of the respective base materials, and may be removed by melting by heating depending on individual conditions.
また、特に母材が純銅、銅、銅合金等の銅系統の材料であれば、軟らかく、延伸性に富むため、圧延等の加工も容易となる。
また、銅は熱伝導率が良好であるため、ヒートシンク用の優れた材料と成る。
In particular, if the base material is a copper-based material such as pure copper, copper, or a copper alloy, it is soft and has excellent stretchability, so that processing such as rolling becomes easy.
Also, copper is an excellent material for heat sinks because of its good thermal conductivity.
また、鉄鋼材料であるが、純鉄の様に柔軟な合金であれば、問題なく適用可能である。一般の鉄鋼材料でも、青熱脆性が生じる再結晶温度未満の温度で押圧による一体化が適用可能となる。
また、チタンまたはチタン合金についても、耐食性に優れるため犠牲材の化学的方法による除去が容易であり、母材自身も軽量であるので、比強度の優れた多孔質材料が得られる。さらに、前記各材料を混合して用いても良い。
Moreover, although it is a steel material, if it is a flexible alloy like pure iron, it is applicable without a problem. Even general steel materials can be integrated by pressing at a temperature lower than the recrystallization temperature at which blue brittleness occurs.
In addition, since titanium or titanium alloy is excellent in corrosion resistance, the sacrificial material can be easily removed by a chemical method, and the base material itself is lightweight, so that a porous material having excellent specific strength can be obtained. Further, the above materials may be mixed and used.
また、犠牲材は両性金属であるため、母材に応じて除去するための化学溶液の選択が容易となる。
また、特にアルミニウムは軟らかく、延伸性に富むため、母材と混合された状態での押圧を伴う加工に対する制約が少ない。
また、特にマグネシウムは、化学的に活性であるため、犠牲材の除去が容易である。
なお、犠牲材は、犠牲材の再利用を図る面からは前記の金属を単独で使用することが好ましいが、別の用途で生じた廃材を有効に利用する等の点から複数種類の金属を混合して使用しても良い。
Further, since the sacrificial material is an amphoteric metal, it is easy to select a chemical solution for removal according to the base material.
In addition, since aluminum is particularly soft and has excellent stretchability, there are few restrictions on processing involving pressing in a state of being mixed with a base material.
In particular, since magnesium is chemically active, it is easy to remove the sacrificial material.
As for the sacrificial material, it is preferable to use the above metal alone from the viewpoint of reusing the sacrificial material, but a plurality of types of metals are used from the viewpoint of effectively using the waste material generated in another application. You may mix and use.
請求項１０に記載の発明は、前記の多孔質金属材料の製造方法であって、
前記母材は銅、銅合金、鉄鋼材料、チタン、チタン合金、マグネシウム、マグネシウム合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金であり、前記犠牲材は亜鉛、亜鉛合金、錫、錫合金、鉛、鉛合金、ビスマスまたはビスマス合金であることを特徴とする多孔質金属材料の製造方法である。
Invention of
The base material is copper, copper alloy, steel material, titanium, titanium alloy, magnesium, magnesium alloy, aluminum or aluminum alloy, and the sacrificial material is zinc, zinc alloy, tin, tin alloy, lead, lead alloy, bismuth or It is a manufacturing method of the porous metal material characterized by being a bismuth alloy.
本請求項の発明においては、犠牲材は半田等の低融点（例えば鉛と錫の共晶半田であれば１８３℃、ビスマス系のウッドメタルであれば７０℃）金属であるため、母材が例えば融点が６６０℃と低いアルミニウムであっても、母材に組織変化を生じることなく、また濡れ性が低いため、加熱による溶融で除去可能となり、母材、犠牲材共に延伸性に優れ、加工しやすい。
さらに、加熱設備も簡単なもので済み、エネルギーコストの面からも好ましく、犠牲材の再利用も容易となる。
なお、「半田」は、非鉛半田を含めて錫合金に含まれる。
In the invention of this claim, the sacrificial material is a low melting point metal such as solder (for example, 183 ° C. for eutectic solder of lead and tin, 70 ° C. for bismuth wood metal). For example, even aluminum with a low melting point of 660 ° C. does not cause structural changes in the base material and has low wettability, so it can be removed by melting by heating, and both the base material and the sacrificial material are excellent in stretchability and processed. It's easy to do.
Furthermore, the heating equipment is simple, which is preferable from the viewpoint of energy cost, and the reuse of the sacrificial material is facilitated.
“Solder” is included in tin alloys including non-lead solder.
また、母材がマグネシウムまたはマグネシウム合金であれば、軽量な多孔質金属材料となる。
また、母材がアルミニウムまたはアルミニウム合金であれば、鉄系統の材料と異なり、一体化に必要な押圧力が比較的少なくて済み、本発明の効果を発揮し易い。また、軟らかく、延伸性に富むため、圧延等の加工も容易となる。また、熱伝導率が良好であるため、ヒートシンク用の優れた材料となる。
Further, if the base material is magnesium or a magnesium alloy, it is a lightweight porous metal material.
Further, if the base material is aluminum or an aluminum alloy, unlike an iron-based material, relatively little pressing force is required for integration, and the effects of the present invention are easily exhibited. Moreover, since it is soft and has excellent stretchability, processing such as rolling becomes easy. In addition, since the thermal conductivity is good, it is an excellent material for a heat sink.
請求項１１に記載の発明は、
請求項１ないし請求項１０の何れかの発明で製造されたことを特徴とする多孔質金属材料である。
The invention according to claim 11
A porous metal material produced by the invention according to any one of claims 1 to 10.
本請求項の発明においては、請求項１ないし請求項１０の何れかの発明で製造されているため、細長い孔が多数ある蓮根型（ロータス型）の、かつ長尺の多孔質材料等従来の方法では製造困難であった多孔質金属材料が低コストで得られる。
また、高い比強度を有する多孔質金属材料を提供できる。
In the invention of this claim, since it is manufactured according to any one of the inventions of claims 1 to 10, a lotus root type (lotus type) having many elongated holes and a long porous material such as a long porous material are used. A porous metal material, which is difficult to produce by the method, can be obtained at low cost.
In addition, a porous metal material having a high specific strength can be provided.
本発明においては、母材の小片に押圧力を加えることにより母材の小片を接合（固体表面の圧着による接合、一種の固相接合）により一体化させ、その後犠牲材を除去するという従来になかった方法で多孔質金属材料を製造するため、母材は高温に加熱されず、軟化による強度低下が生ぜず、相変態や時効析出といった従来の熱処理を伴う材料学的な強化手段と組合せることも可能であり、高い比強度の多孔質金属材料が得られる。
さらに、以下に示す各種の優れた性質も得られる。
また、特に、高融点金属の場合にそうであるが、母材を溶融させたり焼結したりするための高温加熱がないため、エネルギーコストが良好となり、製品価格も低下する。
また、孔の大きさや形状、分布の制御が容易である。
In the present invention, by applying a pressing force to the small piece of the base material, the small piece of the base material is integrated by joining (joining by pressing the solid surface, a kind of solid phase joining), and then the sacrificial material is removed. In order to produce a porous metal material by a new method, the base material is not heated to a high temperature, does not cause a decrease in strength due to softening, and is combined with a materialistic strengthening means involving conventional heat treatment such as phase transformation or aging precipitation. It is also possible to obtain a porous metal material having a high specific strength.
Furthermore, various excellent properties shown below can also be obtained.
In particular, as in the case of a refractory metal, since there is no high-temperature heating for melting or sintering the base material, the energy cost is improved and the product price is reduced.
Also, the size, shape and distribution of the holes can be easily controlled.
また、孔の形成のために気体や特殊な溶融材料を使用したり、母材を融点や焼結点まで加熱したりすることが不必要であり、現在普通に用いられている塑性加工用の設備を使用するだけであるため、生産性が高く、製造も容易となり、一層低コストとなる。
また、母材、犠牲材とも切削屑等のスクラップ材を使用可能であるため、一層低コストで多孔質材料を提供することが可能となる。
In addition, it is unnecessary to use gas or a special molten material for the formation of holes, or to heat the base material to the melting point or the sintering point. Since only equipment is used, productivity is high, manufacturing is easy, and costs are further reduced.
In addition, since both the base material and the sacrificial material can use scrap materials such as cutting scraps, it is possible to provide a porous material at a lower cost.
以下、本発明をその最良の実施の形態に基づいて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。 Hereinafter, the present invention will be described based on the best mode. In addition, this invention is not limited to the following embodiment. Various modifications can be made to the following embodiments within the same and equivalent scope as the present invention.
（第１の実施の形態）
本実施の形態は、母材が純銅であり、犠牲材は純アルミニウムであり、犠牲材を化学的手段で除去することに関する。
図面を参照しつつ、本実施の形態を説明する。
図１は、長尺の母材と長尺の犠牲材を混合してなる混合材の長手方向に直交する断面図
である。図１において、１０は母材と犠牲材からなる混合材全体であり、１１は外径１１ｍｍ、内径９ｍｍ、長さ５０ｍｍの純銅製の管であり、１２は外径７ｍｍ、内径６ｍｍの純銅製の管であり、１３は外径４ｍｍ、内径３ｍｍの純銅製の管であり、１５は直径０．８ｍｍの純銅製の線材であり、１９は直径０．８ｍｍの純アルミニウム製の線材である。
(First embodiment)
In this embodiment, the base material is pure copper, the sacrificial material is pure aluminum, and the sacrificial material is removed by chemical means.
The present embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view orthogonal to the longitudinal direction of a mixed material obtained by mixing a long base material and a long sacrificial material. In FIG. 1, 10 is the whole mixed material composed of a base material and a sacrificial material, 11 is a pure copper tube having an outer diameter of 11 mm, an inner diameter of 9 mm, and a length of 50 mm, and 12 is a pure copper tube having an outer diameter of 7 mm and an inner diameter of 6 mm. 13 is a pure copper tube having an outer diameter of 4 mm and an inner diameter of 3 mm, 15 is a pure copper wire having a diameter of 0.8 mm, and 19 is a pure aluminum wire having a diameter of 0.8 mm.
図１に示す様に、外径１１ｍｍの純銅製の管１１の内部に外径７ｍｍの純銅製の管１２を同心となる様に挿入し、さらにその内部に外径４ｍｍの純銅製の管１３を同心となる様に挿入してなる母材の３重管内に、空隙に純銅製の線材１５と純アルミニウム製の線材１９を、本数で１対１の割合で交互に充填した。
As shown in FIG. 1, a
この混合材料の見かけの断面積を、１パスの冷間押出により１／４まで減少させた。図２に、この様子を概念的に示す。図２において、２０は冷間押出しで直径を小さくされた押出し材（混合材）であり、８０はダイスである。 The apparent cross-sectional area of this mixed material was reduced to ¼ by one pass cold extrusion. FIG. 2 conceptually shows this state. In FIG. 2, 20 is an extruded material (mixed material) whose diameter has been reduced by cold extrusion, and 80 is a die.
この押出し材の定常部から長さ１０ｍｍの試料を切出し、４０℃の２０％水酸化ナトリウム水溶液中で３時間保持して両性金属であるアルミニウムのみ溶解させて、純銅からなる蓮根型（ロータス型）の多孔質材が得られた。
この様子を図３に示す。図３において、２１は押出し材２０の定常部から切出した円板状の板材であり、２２は押出し後の犠牲材であり、９０は容器であり、９１は２０％水酸化ナトリウム水溶液である。
A 10 mm long sample was cut out from the steady portion of this extruded material, held in a 20% aqueous sodium hydroxide solution at 40 ° C. for 3 hours, and only aluminum, an amphoteric metal, was dissolved, and a lotus root type made of pure copper (lotus type) A porous material was obtained.
This is shown in FIG. In FIG. 3, 21 is a disk-shaped board | plate material cut out from the stationary part of the
犠牲材が全て除去された後の母材のみからなる多孔質材を図４に示す。図４において、２３は多孔質金属材料であり、２４は空孔である。
なお、この多孔質金属材料２３の空孔率は、１６％であった。
FIG. 4 shows a porous material consisting only of the base material after all the sacrificial material has been removed. In FIG. 4, 23 is a porous metal material and 24 is a void | hole.
The porosity of the
本実施の形態の多孔質の銅板は、機械切削で所定の形状にして、エンジンの敷板に使用したところ、優れた吸振性を発揮した。
また、管状かつ蓮根状に孔が空いた多孔質の孔の内部に白金触媒を固定させて排気ガスを通過させたところ、優れた浄化作用を発揮した。
また、生体内に埋め込まれる器具として使用するためには純銅では都合が悪いため、タンタル、白金等でコーティングする必要があるが、これらの金属の鍍金等による皮膜形成性も良好であった。
When the porous copper plate of the present embodiment was formed into a predetermined shape by machine cutting and used as an engine floor plate, it exhibited excellent vibration absorption.
Moreover, when the platinum catalyst was fixed inside a porous hole having a tubular and lotus root-like hole and exhaust gas was allowed to pass therethrough, an excellent purification effect was exhibited.
In addition, since pure copper is inconvenient for use as a device to be implanted in a living body, it must be coated with tantalum, platinum, or the like, but the film-forming property by plating these metals was also good.
（第２の実施の形態）
本実施の形態は、母材がアルミニウムであり、犠牲材は半田であり、犠牲材を加熱による溶融で除去することに関する。
外径１１ｍｍ内径８ｍｍのアルミニウム管中に、外径６ｍｍ内径５ｍｍのアルミニウム管を、さらにその中に外径３ｍｍ内径２ｍｍのアルミニウム管を同心円状に配置し、アルミニウムの３重管を作製した。その空隙に直径１ｍｍの中実アルミニウム線と直径１ｍｍの鉛４０％と錫６０％を含有する半田線を本数が１：１の割合で密に充填した。
(Second Embodiment)
In the present embodiment, the base material is aluminum, the sacrificial material is solder, and the sacrificial material is removed by melting by heating.
An aluminum tube having an outer diameter of 6 mm and an inner diameter of 5 mm was placed in an aluminum tube having an outer diameter of 11 mm and an inner diameter of 8 mm, and an aluminum tube having an outer diameter of 3 mm and an inner diameter of 2 mm was placed concentrically therein, thereby producing an aluminum triple tube. The void was densely filled with a solid aluminum wire having a diameter of 1 mm and a solder wire containing 40% lead and 60% tin having a diameter of 1 mm at a ratio of 1: 1.
この混合材料の外径を、１パスの冷間押出により１／２まで減少させた。
この押出し材の定常部から長さ４０ｍｍの試料を切出し、２００℃の電気炉中に１時間保持したところ、半田が溶出し、純アルミニウムからなる蓮根型（ロータス型）の多孔質材が得られた。
The outer diameter of this mixed material was reduced to 1/2 by one pass cold extrusion.
When a 40 mm long sample was cut from the steady portion of the extruded material and held in an electric furnace at 200 ° C. for 1 hour, the solder was eluted and a lotus type (lotus type) porous material made of pure aluminum was obtained. It was.
この様子を、図５に示す。図５において、１８は溶融して滴下する犠牲材（半田）の液滴であり、２０はアルミニウムと半田からなる押出し材であり、２２は半田からなる犠牲材であり、９５はコイルヒータである。図５の上の図は、電気炉中の押出し材２０を上部から見た状態のほぼ半分を示し、下の図は側面から見た図である。本図５に示す様に、熱で溶融した犠牲材は、自重で下方に滴下し、図示しない皿に集まり、再利用されることとなる。
なお、この多孔質材料の空孔率は、９％であった。
This is shown in FIG. In FIG. 5, 18 is a droplet of a sacrificial material (solder) that melts and drops, 20 is an extruded material made of aluminum and solder, 22 is a sacrificial material made of solder, and 95 is a coil heater. . The upper figure of FIG. 5 shows almost half of the state in which the extruded
The porosity of this porous material was 9%.
（第３の実施の形態）
本実施の形態は、非軸対称かつ中間製品である複合材をいったん製造してから、この複合材を使用して多孔質金属材料を製造することに関する。
まず外径３ｍｍ内径１ｍｍの純銅管に、直径０．９ｍｍの中実アルミニウム丸線を挿入し、中間製品である複合材（クラッド材）を作製した。外径１０．８ｍｍ、内径９ｍｍの銅管の内側を、この複合材５本と、さらに直径０．９ｍｍの中実銅丸線３本で密に充填した。この混合材料の外径を、１パスの冷間押出により１／２まで減少させた。
(Third embodiment)
The present embodiment relates to manufacturing a composite material that is a non-axisymmetric intermediate product and then manufacturing a porous metal material using the composite material.
First, a solid aluminum round wire having a diameter of 0.9 mm was inserted into a pure copper tube having an outer diameter of 3 mm and an inner diameter of 1 mm to produce a composite material (cladding material) as an intermediate product. The inside of a copper tube having an outer diameter of 10.8 mm and an inner diameter of 9 mm was densely filled with five composite materials and three solid copper round wires with a diameter of 0.9 mm. The outer diameter of this mixed material was reduced to 1/2 by one pass cold extrusion.
この押出し材の定常部から長さ４０ｍｍの試料を切出し、４０℃の２０％水酸化ナトリウム水溶液中で５時間保持してアルミニウムのみ溶解させて、純銅からなる蓮根型（ロータス型）の、そして非軸対称の多孔質材が得られた。これを、図６に示す。本図６においては、断面が円形の多孔質金属材料２３中に、５つの空孔２４が非軸対称に形成されている。
なお、この多孔質金属材料の空孔率は、２１％であった。
A sample having a length of 40 mm was cut out from the steady portion of the extruded material, and kept in a 20% aqueous sodium hydroxide solution at 40 ° C. for 5 hours to dissolve only aluminum, and a lotus root type (lotus type) made of pure copper and non- An axisymmetric porous material was obtained. This is shown in FIG. In FIG. 6, five
In addition, the porosity of this porous metal material was 21%.
また、この材料を軸方向に圧縮した場合の０．２％耐力は３６０ＭＰａと従来焼鈍材の１６０ＭＰａに比べてかなり高い値であった。その理由は、ポーラス化により断面積が減少する反面、母材銅が加工硬化により著しく強化されるためである。したがって、単位質量あたりの降伏強度は５０．９ＭＰａ（Ｍｇ／ｍ３）−１と従来材の２０ＭＰａ（Ｍｇ／ｍ３）−１の２．５倍以上の極めて高い値となった。 Further, the 0.2% yield strength when this material was compressed in the axial direction was 360 MPa, which was considerably higher than that of the conventional annealed material of 160 MPa. The reason is that the cross-sectional area decreases due to the porous structure, but the base material copper is remarkably strengthened by work hardening. Therefore, the yield strength per unit mass was a very high value of 2.5 times or more of 50.9MPa (Mg / m 3) -1 and the conventional material 20MPa (Mg / m 3) -1 .
（第４の実施の形態）
本実施の形態は、母材が純銅であり、犠牲材は純アルミニウムであり、母材製の容器中に母材の小片と犠牲材の小片を混合して充填することに関する。
まず、厚さ５０μｍのアルミニウム箔を一片の長さが２ｍｍの正方形の小片に、厚さ５μｍの銅箔を一片の長さが４ｍｍの正方形の小片に、それぞれ細断した。外径１０．８ｍｍ、内径７．５ｍｍ、長さ７５ｍｍの一端が閉じた銅管に、上記の小片を、アルミニウム：銅＝５：２の重量比で密に充填した。この混合物を、チャンネル角度９０°のダイを用いたＥｑｕａｌ Ｃｈａｎｎｅｌ Ａｎｇｕｌａｒ Ｅｘｔｒｕｓｉｏｎ（ＥＣＡＥ）加工に供した。
(Fourth embodiment)
The present embodiment relates to a case where the base material is pure copper, the sacrificial material is pure aluminum, and the base material and the sacrificial material are mixed and filled in a base material container.
First, an aluminum foil having a thickness of 50 μm was chopped into square pieces having a length of 2 mm, and a copper foil having a thickness of 5 μm was cut into square pieces having a length of 4 mm. The small piece was densely filled in a copper tube having an outer diameter of 10.8 mm, an inner diameter of 7.5 mm, and a length of 75 mm, with one end closed, at a weight ratio of aluminum: copper = 5: 2. This mixture was subjected to Equal Channel Angular Extraction (ECAE) processing using a die having a channel angle of 90 °.
このとき、ＥＣＡＥは、室温にて行い、せん断方向を変化させず、４パスまで繰り返した。加工された材料の定常部から長さ１０ｍｍの試料を切出し、５０℃の２０％水酸化ナトリウム水溶液中で２時間保持してアルミニウムのみ溶解させて、薄片状の空孔（気孔）が多数形成された銅多孔質材が得られた。図７に、この様子を概念的に示す。図７において、２５が薄片状の空孔である。
この多孔質体は、薄片状の空孔が長手方向に平行に配列しつつ、互いに連結したオープンセル型材料で、長手方向に液体を透過させることができた。
At this time, ECAE was performed at room temperature and repeated up to 4 passes without changing the shear direction. A sample with a length of 10 mm is cut out from the steady portion of the processed material, and is held in a 20% aqueous sodium hydroxide solution at 50 ° C. for 2 hours to dissolve only aluminum, so that a large number of flaky holes (pores) are formed. A copper porous material was obtained. FIG. 7 conceptually shows this state. In FIG. 7, 25 is a flaky hole.
This porous body is an open cell type material in which flaky pores are arranged in parallel in the longitudinal direction and are connected to each other, and can transmit liquid in the longitudinal direction.
１０ 混合材全体
１１ 純銅製の管（外径１１ｍｍ）
１２ 純銅製の管（外径７ｍｍ）
１３ 純銅製の管（外径４ｍｍ）
１５ 純銅製の線材
１８ 犠牲材（半田）の液滴
１９ 純アルミニウム製の線材
２０ 押出し材
２１ 押出し材の板
２２ 押出し後の犠牲材
２３ 多孔質金属材料
２４ 空孔
２５ 空孔（薄片状）
８０ ダイス
９０ 容器
９１ ２０％水酸化ナトリウム水溶液
９５ コイルヒータ
10 Overall mixed material 11 Pure copper tube (outer diameter 11 mm)
12 Pure copper pipe (outer diameter 7mm)
13 Pure copper pipe (outer diameter 4mm)
15 Wire made of
80
Claims (11)
前記混合ステップで得られた混合材に押圧力を加えて加工し、併せて押圧力で母材の小片を接合により一体化させる押圧加工ステップと、
前記押圧加工ステップにて母材が接合により一体化した混合材から前記犠牲材を除去する除去ステップを、
有していることを特徴とする多孔質金属材料の製造方法。 A mixing step of mixing the base material pieces and the sacrificial material pieces;
A pressing process step of applying a pressing force to the mixed material obtained in the mixing step and combining the small pieces of the base material by bonding with the pressing force, and
A removal step of removing the sacrificial material from the mixed material in which the base material is integrated by bonding in the pressing process step,
A method for producing a porous metal material, comprising:
前記除去ステップは、前記混合材を前記犠牲材の融点まで加熱して犠牲材を溶融させ、除去するものであることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の多孔質金属材料の製造方法。 The sacrificial material is a material having a melting point lower than the melting point of the base material,
The porous metal according to any one of claims 1 to 6, wherein in the removing step, the mixed material is heated to a melting point of the sacrificial material to melt and remove the sacrificial material. Material manufacturing method.
A porous metal material manufactured according to any one of claims 1 to 10.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103805972A (en) * | 2014-01-17 | 2014-05-21 | 北京航空航天大学 | Ultra-light hollow pipe microarray metal material built by adopting template method and preparation method thereof |
| CN109908408A (en) * | 2019-03-18 | 2019-06-21 | 何煜冰 | A kind of preparation method and application of the pure Zinc material of human body degradable biological |
| CN111227996A (en) * | 2020-03-10 | 2020-06-05 | 郑州大学第一附属医院 | Outer-layer degradable medical titanium-based composite bar with bone induction and bone growth promoting activities and preparation method thereof |
-
2006
- 2006-04-19 JP JP2006115532A patent/JP2007284767A/en active Pending
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